2025年化工自动化控制仪表作业试题及答案

2025年化工自动化控制仪表作业试题及答案一、单项选择题（每题2分，共40分）1.某化工反应釜需测量-50℃至300℃的温度，优先选用的传感器是（）。A.铂热电阻（Pt100）B.K型热电偶C.铜热电阻（Cu50）D.半导体热敏电阻答案：A解析：铂热电阻（Pt100）测量范围通常为-200℃至850℃，适合中低温测量；K型热电偶适用于高温（0-1300℃），但低温段精度略低；Cu50上限仅150℃；热敏电阻非线性强，适合窄量程。2.关于4-20mA电流信号传输，错误的说法是（）。A.抗干扰能力优于电压信号B.传输距离受导线电阻影响较小C.信号为有源信号时需外部供电D.0mA可用于故障检测答案：C解析：4-20mA信号分有源（变送器自带电源）和无源（需外部供电）两种，并非所有情况都需外部供电。3.某气动调节阀的执行机构为正作用，当输入信号增大时，阀杆（）。A.向上移动，阀芯关小B.向下移动，阀芯开大C.向上移动，阀芯开大D.向下移动，阀芯关小答案：B解析：正作用执行机构输入信号增大时，膜头压力增大，推动阀杆向下，若为气开阀则阀芯开大。4.DCS系统中，冗余设计主要针对（）。A.操作站人机界面B.控制站主控制器C.工程师站软件D.现场仪表接线答案：B解析：控制站主控制器是系统核心，冗余（双CPU、双电源）可确保故障时无扰切换，保障连续控制。5.科里奥利质量流量计的测量原理基于（）。A.流体动量变化B.卡门涡街现象C.电磁感应D.流体密度与振动频率关系答案：A解析：科里奥利流量计通过测量流体在振动管中产生的科里奥利力，直接得到质量流量，与密度、压力无关。6.热电阻采用三线制接法的主要目的是（）。A.提高测量灵敏度B.消除环境温度对引线电阻的影响C.简化接线方式D.增加信号传输距离答案：B解析：三线制中，两根引线在电桥相邻臂，第三根引线用于补偿，可抵消引线电阻随环境温度变化的误差。7.智能压力变送器的自诊断功能不包括（）。A.传感器故障检测B.量程超限报警C.通信协议错误识别D.被测介质成分分析答案：D解析：自诊断主要针对仪表自身状态（如传感器失效、电路故障、通信异常），不涉及介质成分分析。8.PID控制中，积分作用的主要目的是（）。A.减小稳态误差B.加快响应速度C.抑制超调D.增强抗干扰能力答案：A解析：积分作用通过累积误差消除稳态偏差，比例作用快速响应，微分作用抑制超调。9.某现场仪表防爆标志为“ExdIIBT3Gb”，其中“d”表示（）。A.本质安全型B.隔爆型C.增安型D.正压型答案：B解析：“d”代表隔爆型，外壳能承受内部爆炸压力并阻止火焰外泄；“ia”为本质安全型。10.超声波物位计测量时，若被测介质表面有大量泡沫，可能导致（）。A.测量值偏高B.测量值偏低C.信号衰减无法检测D.无影响答案：C解析：泡沫会吸收或散射超声波，导致回波信号减弱甚至丢失，仪表无法正确识别物位。11.关于PLC的输入/输出模块，错误的是（）。A.数字量输入模块需处理开关信号B.模拟量输出模块通常输出4-20mA信号C.输入模块需考虑信号隔离D.输出模块无需考虑负载能力答案：D解析：输出模块需匹配负载电流/电压，如继电器输出需注意触点容量，否则可能烧毁模块。12.差压式流量计的流量与差压的关系是（）。A.流量与差压成正比B.流量与差压的平方根成正比C.流量与差压的平方成正比D.流量与差压成反比答案：B解析：根据伯努利方程，流量Q=K√ΔP（K为常数，ΔP为差压），因此流量与差压平方根成正比。13.温度变送器的输出信号为4-20mA，对应测量范围0-200℃。当输出12mA时，实际温度为（）。A.100℃B.120℃C.80℃D.150℃答案：A解析：(12mA-4mA)/(20mA-4mA)=8/16=0.5，0.5×(200℃-0℃)=100℃。14.电动执行器的伺服放大器主要作用是（）。A.将控制信号转换为位移信号B.放大控制信号驱动执行机构C.实现正/反作用切换D.检测执行机构位置答案：B解析：伺服放大器接收4-20mA控制信号，放大后驱动电机，使执行机构动作至对应位置。15.关于现场总线（Fieldbus），正确的说法是（）。A.仅支持单主站通信B.采用数字信号替代模拟信号C.传输距离受限于4-20mA信号D.无法实现仪表远程配置答案：B解析：现场总线（如HART、Profibus）采用数字通信，可传输多参数（如压力、温度、诊断信息），支持远程配置，通信距离更远。16.浮筒式液位计测量的是（）。A.液位高度B.液体密度C.浮筒所受浮力变化D.液体介电常数答案：C解析：浮筒浸入液体中，浮力随液位变化，通过检测浮力变化（如扭力管变形）计算液位。17.电磁流量计的测量条件不包括（）。A.被测介质需导电B.管道需满管C.介质温度无限制D.避免强磁场干扰答案：C解析：电磁流量计传感器有温度限制（如衬里材料耐温），高温会导致衬里变形或电极损坏。18.仪表接地的主要目的是（）。A.防止静电积累B.提高测量精度C.保障人员安全D.以上都是答案：D解析：接地可泄放静电、抑制干扰（提高精度）、避免设备漏电伤人，具有多重作用。19.某控制系统的过渡过程出现等幅振荡，可能的原因是（）。A.比例度太小B.积分时间太大C.微分时间太小D.设定值波动答案：A解析：比例度过小（比例系数过大）会导致系统过度调节，可能引发等幅振荡甚至发散。20.关于智能阀门定位器，错误的是（）。A.可实现阀门特性线性化B.需额外气源C.支持HART通信D.可检测阀门磨损答案：B解析：智能定位器通常直接利用调节阀的气源，无需额外供气，通过电-气转换驱动执行机构。二、判断题（每题1分，共15分，正确打“√”，错误打“×”）1.热电偶冷端补偿的目的是消除热端温度变化的影响。（×）解析：冷端补偿是因为热电偶输出电势与冷端温度有关，需将冷端温度固定（如0℃）或补偿至参考温度。2.压力变送器的量程迁移是为了扩大测量范围。（×）解析：迁移是为了测量某段特定范围（如负压力或高于零点的压力），量程大小不变。3.气动薄膜调节阀的气开/气关方式可通过更换执行机构弹簧或反装阀芯实现。（√）4.DCS的操作站故障会导致现场控制失效。（×）解析：操作站仅用于监控，控制站独立运行，操作站故障不影响现场控制。5.涡街流量计的输出频率与流量成正比。（√）6.热电阻的分度号Pt100表示0℃时电阻为100Ω，Pt10表示0℃时电阻为10Ω。（√）7.仪表电缆与动力电缆可同槽敷设，无需隔离。（×）解析：动力电缆产生电磁干扰，需与仪表电缆分开敷设（间距≥300mm）或用隔板隔离。8.本质安全型仪表需配合安全栅使用，以限制回路能量。（√）9.双法兰液位计适用于测量腐蚀性或易结晶介质的液位。（√）10.PID控制中，微分作用对噪声敏感，可能导致系统振荡。（√）11.超声波流量计可测量非导电介质的流量。（√）12.仪表校验时，只需进行零点和量程校准，无需检查线性度。（×）解析：线性度是重要指标，需通过多点校验确认输出与输入的线性关系。13.电动执行器的死区是指输入信号变化但执行机构无动作的范围。（√）14.雷达物位计的测量精度受被测介质密度影响。（×）解析：雷达通过电磁波反射测量，与介质密度无关，受介电常数影响较大。15.仪表空气的露点应低于环境温度10℃，以防止结露。（√）三、简答题（每题5分，共40分）1.简述热电阻与热电偶的主要区别。答案：①测温原理：热电阻基于电阻随温度变化，热电偶基于塞贝克效应（热电势）；②测量范围：热电阻适用于中低温（-200℃~850℃），热电偶适用于高温（0℃~1800℃）；③输出信号：热电阻为电阻信号（需电桥转换），热电偶为毫伏信号；④冷端补偿：热电偶需冷端补偿，热电阻无需。2.说明气动调节阀的气开和气关方式的选择原则。答案：根据工艺安全要求选择：①气开阀（断气关）：介质为易燃、易爆、有毒时，停气需关闭阀门，防止泄漏；②气关阀（断气开）：介质为易结晶、易堵塞时，停气需打开阀门，防止管道堵塞；③关键设备保护：如反应釜温度过高时，停气需打开冷却阀（气关）。3.简述电磁流量计的安装要求。答案：①管道满管：确保测量管内充满介质，避免气泡；②接地：传感器需单独接地（接地电阻≤100Ω），避免管道杂散电流干扰；③前后直管段：上游≥5D，下游≥3D（D为管道直径）；④远离强磁场：避免电机、变压器等电磁干扰源；⑤垂直安装时介质自下而上，防止颗粒沉积。4.解释PID控制中比例度、积分时间、微分时间的物理意义及对系统的影响。答案：①比例度δ（%）：比例系数的倒数（δ=1/Kp×100%），δ越小，比例作用越强，系统响应快但易超调；②积分时间Ti（min）：积分作用强弱的指标，Ti越小，积分作用越强，消除稳态误差快但可能引起振荡；③微分时间Td（min）：微分作用强弱的指标，Td越大，微分作用越强，抑制超调能力强但对噪声敏感。5.简述智能仪表相比传统模拟仪表的优势。答案：①数字化通信：支持HART、Profibus等协议，可传输多参数（如压力、温度、诊断信息）；②自诊断功能：检测传感器故障、量程超限、通信异常等；③非线性补偿：内置算法修正传感器非线性（如热电阻、热电偶）；④远程配置：通过手操器或上位机修改量程、单位、输出方式；⑤高精度：采用数字信号处理，精度可达0.1级以上。6.列举三种常用的流量测量仪表，并说明其适用介质。答案：①电磁流量计：导电液体（如水、酸、碱溶液），不适用于气体、油类（非导电）；②涡街流量计：清洁气体、蒸汽、液体（如压缩空气、水），不适用于高粘度或脏污介质；③科里奥利质量流量计：液体、浆液、高粘度介质（如原油、糖浆），可直接测质量流量，不受密度、压力影响。7.说明DCS系统中控制站与操作站的功能区别。答案：①控制站：核心控制单元，负责数据采集（AI/AO/DI/DO）、控制算法（PID、逻辑控制）、输出控制信号，独立于操作站运行；②操作站：人机交互界面，用于监控工艺参数（实时曲线、报警）、修改控制参数（设定值、PID参数）、历史数据存储，不直接参与控制运算。8.简述仪表防爆的基本措施（至少3种）。答案：①隔爆型（Exd）：外壳能承受内部爆炸压力，阻止火焰外泄；②本质安全型（Exia/ib）：限制回路能量（电压≤30V，电流≤100mA），防止火花点燃爆炸性气体；③正压型（Exp）：向仪表内部充入清洁空气/惰性气体，保持正压，防止爆炸性气体进入；④增安型（Exe）：提高绝缘、连接可靠性，减少火花/高温风险（适用于正常运行无火花的设备）。四、综合分析题（共5分）某化工厂反应釜温度控制系统（如下图所示）出现异常：设定值为80℃，实际温度稳定在75℃，且调节阀门（气开式）开度为100%（全开）。试分析可能的故障原因及排查步骤。注：系统组成：热电阻（Pt100）→温度变送器→DCS控制器→电动调节阀→加热盘管。答案：可能故障原因：1.检测环节故障：①热电阻损坏（如断路、短路），导致温度变送器输出偏低；②温度变送器校准错误，输出信号低于实际温度对应值；③信号传输线短路/断路，DCS接收的温度信号偏小。2.控制环节故障：DCS控制器参数设置错误（如积分时间过大，无法消除稳态误差），或控制器输出卡件故障（输出始终为最大值）。3.执行环节故障：电动调节阀故障（如电机卡涩、阀位反馈错误），实际开度未达100%；加热盘管堵塞/泄漏，热交换效率下降，无法将温度升至设定值。排查步骤：①检测热电阻：用万用表测量热电阻阻值，与75℃时Pt100标准阻值（约129